2015—2016年灯塔站称重式降水传感器与双翻斗雨量传感器观测对比分析

于文化　白志娜　杨丹宁

摘要 本文对2016年5月1日至10月31日称重式降水传感器和双翻斗式雨量传感器的观测数据进行对比。结果表明，翻斗式降水传感器测得降水量偏高；双翻斗式雨量传感器滞后性小、维护率高，但使用时间短；称重式雨量传感器维护率低，一年四季均可用，但滞后性强。

关键词 称重式降水传感器；双翻斗雨量传感器；观测对比；灯塔站；2015—2016年

中图分类号 P415.12 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2017）15-0227-02

灯塔地区主要气象灾害有暴雨、暴雪、短时强降水、大风等。强降水常常产生城市内涝，且与泥石流、洪涝等灾害密切相关，同时也给交通带来严峻考验。降水引发的泥石流、洪涝等对社会经济发展及人民生活造成越来越严重的影响。此外，大雪也给人们出行带来了不便。因此，应准确观测固态、液态降水，以期为提前做好预警、服务工作提供保障。

自有观测记录以来，测量降水的仪器有翻斗雨量计、雨量器、双阀容栅式雨量传感器、虹吸式雨量计。目前，气象观测站使用的测量降水的仪器为称重式雨量传感器和双翻斗式雨量传感器。

灯塔国家气象观测站自2015年1月1日起进行新旧站址对比观测，2016年1月1日正式运行新型自动站。新型自动站每年5月1日至次年10月31日期间启用双翻斗式雨量传感器（以下简称“翻斗式”），上传降水数据以翻斗式为准，称重式降水传感器（以下简称“称重式”）作为备份；11月1日至次年4月30日以称重式为准上传数据。

称重式推广以后，使冬季降水观测由人工观测向自动化转变。为对比分析称重式和翻斗式的性能，本文利用2016年5月1日至10月31日期間称重式和翻斗式降水资料进行对比分析。

1 仪器测量原理

1.1 称重式降水传感器

称重式降水传感器由天津华云天仪公司生产，由载荷元件、数据处理单元、降水发生探测器和外围组件组成（图1）。称重式降水传感器具有较高的运行可靠性，能进行高质量的观测，能达到当前先进的固体降水自动化观测水平，更好地为冬季降水量测量和服务提供资料。称重式降水传感器的核心元件是载荷元件，通过对重量变化的快速响应测量降水。载荷元件基于电阻应变技术：在外力的作用下敏感梁产生弹性变形，使粘贴在其表面的电阻应变片产生变形，电阻应变片变形后，其阻值发生变化，再经过测量电路把电阻变化转换为电信号，从而测得重量。中央处理器、时钟电路、数据存储、接口、控制电路等部分组成了处理单元。处理单元具有数据存储功能，存储不少于30 d的数据[1]。

1.2 双翻斗式雨量传感器

承雨器（口径为20 cm）、上翻斗、计量翻斗、汇集漏斗、计数翻斗和干簧管等是翻斗式雨量传感器的主要组成部分（图2）[2]。

承雨器收集的降水通过漏斗进入上翻斗，当雨水积到一定量时，上翻斗翻转，水进入汇集漏斗。降水从汇集漏斗的节流管注入计量翻斗时，就把不同强度的自然降水调节为较均匀的降水强度。当计量翻斗承受的降水量为0.1 mm时，计量翻斗把降水倒入计数翻斗，使计数翻斗翻转1次。计数翻斗翻转时，磁钢扫描1次干簧管。干簧管因磁化而瞬间闭合1次。降水量每次达到0.1 mm时，就送出去1个开关信号，采集器就自动采集存储0.1 mm降水量[2]。

2 数据来源及对比分析

本文数据源于灯塔国家气象观测站2016年5月1日至10月31日期间主站的90 d翻斗式和称重式降水数据。从降水量看，翻斗式大于称重式的天数为69 d，占77%；翻斗式小于称重式的天数为11 d，占12%；两者数据相同的天数为10 d，占11%。由此可知，绝大多数翻斗式雨量传感器测得数据量偏大。

从图3可以看出，各月降水总量翻斗式均大于称重式，7月和9月差别最大。从图4可以看出，多数天数的降水量翻斗式大于称重式，但整体的一致性较高，只有个别天数降水总量很小，但数据差别较大。

3 仪器优缺点及维护

3.1 双翻斗式雨量传感器

其优点是滞后性小；缺点是冬季不能使用；高维护，容易被虫子、杂物等堵塞，导致降水滞后或者降水量偏少；不同雨强误差不同。每年启用翻斗前进行清洗、校准；如遇泥沙、尘土、树叶、昆虫等杂物，应根据使用情况拆下清洗[3]。

3.2 称重式降水传感器

其优点是低维护、容量大、全年均可使用、误差稳定、与雨强无关；缺点是测量降雪时滞后严重，有时雪停后2～3 h有滞后降水。每年入冬前维护1次，夏季和秋季多雨季可能会维护2～3次。当降水达到一定量，就排空收集容器的液体，加入适量的抑制蒸发油，冬季需加防冻液。

4 结语

对比分析结果表明，一是称重式降水传感器承水口上部具有防风圈设计，此设计可以减小由于大风影响造成的误差，而双翻斗式雨量传感器在大风天气时的误差将会大于称重式降水传感器。二是降水强度不同，对翻斗式雨量传感器的影响大于称重式降水传感器。三是多数情况，双翻斗式雨量传感器测量降水数值偏大。四是称重式降水传感器具有低维护、容量大、误差小等优点，且能够全年测量固态、液态降水，所以称重式降水传感器在业务中实用性更强[4-5]。

综上所述，由于称重式降水传感器与双翻斗式雨量传感器对比观测只有1年，数据量少，所得结论可能不够准确，在以后的观测中应继续总结经验。

5 参考文献

[1] DSC3称重式降水传感器用户手册[Z].天津：天津华云天仪特种气象探测技术有限公司，2005.

[2] 宗曼晔，王晓辉.地面气象观测规范[M].北京：气象出版社，2003：55-56.

[3] SL3-1翻斗式雨量传感器使用说明书[Z].上海：中国上海气象仪器厂有限公司，2010.

[4] 张子曰，戴高菊.称重式降水传感器分析与评估[J].北京农业，2015（35）：152-153.

[5] 关磊，邱继玲，尚新梅，等.自动气象站降水传感器原理及故障分析[J].北京农业，2015（12）：161.endprint